4.1  具有切换系统的网络控制系统 15

4.2  动态调度策略和状态反馈控制 17

4.3  关于数据包丢失的网络控制系统 控制器设计 19

4.3.1  具有数据包丢失的NCS建模 19

4.3.2   控制器设计 20

4.4  仿真实例 24

5  结论和展望 26

5.1  结论 26

5.2  展望 27

致  谢 28

参考文献 29

1  绪论

1.1  网络控制系统简介

伴随着如今现代化的计算机技术、通信科学技术和自动控制科学的日渐发展与各类学科间的交叉渗透，又加之如今现代控制系统结构越来越复杂，物理空间分布越来越广，这无疑对系统控制性能提出了越来越高的要求。当下，控制系统已由传统的封闭集中体系逐渐向开放分布式体系发展。随着现场设备增加，集中控制的缺点逐渐暴露，如系统布线趋于复杂，成本逐渐增高，抗干扰能力变差，因此，其具有灵活性差、扩展不便等缺点[3]。为了解决这些问题，我们将网络引入控制系统中，采用分布式环境下的控制系统来取代独立的控制系统，使得众多的传感器、控制器和执行器等系统的主要功能部件通过网络相连，从而使得相关的信号和数据通过通信网络进行传输和交换，从而避免了彼此间专线的铺设，并且可以实现资源共享、远程操作、提高系统的诊断能力、减少体积、增加系统灵活性和可靠性等优点[4]。

相对封闭集中体系，分布式控制系统就可以将控制功能下方至现场节点处，通过如传感器等现场设备来完成数据采集任务。最近几年，网络控制系统飞快发展，特别是分布式控制系统得到了前所未有的发展和应用，是未来控制系统的发展模式。根据网络传输媒介的不同，网络环境可以是有线、无线或者是混合网络。所以，我们提到的NCS（网络控制系统）包括了WNCS（有线网络控制系统）、WiNCS（无线网络控制系统）和HNCS（混合网络控制系统）[6]。文献综述

从控制系统结构来说，网络控制系统单元之间是紧密联系的。所有的实时性数据通过网络传输，这就要求网络节点必须紧密协调控制来完成任务。而网络环境的不同必然会对系统的控制性能产生不同的影响，这就相当于开创了一个新颖的控制系统研究领域。论文网

1.2  当前网络控制存在的问题

尽管网络控制系统相比传统网络控制给自动化控制带来诸多优点，由于网络的介入，网络系统中的信息传输通过通信网络进行，然而网络的带宽总是有限的，因此，数据包在网络传输的过程中将不可避免地出现碰撞或排队等待。在共享的数据网络中，除了传送闭环控制系统的控制信息外，我们还需要传送其他许多与任务无关的信息，这也给我们控制学科带来了新的挑战，因为网络的介入使得系统的分析变得复杂，如网络中数据包的传输速率与带宽不匹配、数据传输的延迟或者网络拥堵现象，从而导致系统的稳定性变差[1]。

1.2.1  网络诱导时延

网络控制系统中，控制系统的各个部件处在不同的网络节点上，而节点之间的数据传输是通过时分复用有限带宽的通信网络而实现的。这就导致了信息之间可能会出现冲撞现象，以致引起网络时延，简称之为网络诱导时延[2]。当传感器，执行器和控制器在网络上交换数据时，网络诱导时延便在NCS中发生了。时延大小根据网络采用通信协议的不同，传输的信息包大小的不同而不同。如果被控对象是变化很快的动态特性控制系统，则网络诱导时延会对其产生巨大的负面影响，如果涉及时没有考虑该延迟，它将会降低控制的性能，甚至使系统变得不稳定。根据不同的控制网络的介质访问控制协议，网络引起的延迟可以是不变的，随时间变化，更或者甚至是随机的[2]。